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物理雙月刊
磁阱中超冷玻色氣體的 BEC 相變與 Kibble - Zurek 動力學(上)
本文介紹如何利用古典場方法模擬在磁位能阱中之超冷玻色氣體歷經BEC 相變及趨向平衡的演化過程。以Trento 團隊的實驗為模擬對象,我們揭示了雪茄型BEC成長的動態圖像,也分析了相變過程中拓樸缺陷(此處為渦旋)的演化模式並與Kibble-Zurek 機制比較。
物理專文
我的冷原子研究二、三事-從奧斯汀到民雄
物理學家利用雷射光冷卻原子的研究至今已近40 年,1995 年所達成的原子玻色-愛因斯坦凝聚使得冷原子研究邁入一個新的里程碑。藉諸本文,作者將介紹所經歷的冷原子物理發展過程、相關的基本原理、以及若干研究的展望。
物理專文
冷原子實驗中等效規範場的量子模擬
自從1985 年物理學家發展出雷射冷卻與捕捉原子的物理與技術(1997 年諾貝爾物理獎),以及其後的蒸發冷卻(evaporative cooling)技術, 原子的絕對溫度可被降到10−5 - 10−10 K(Kelvin)的範圍, 可達到足夠低溫的非古典範疇。此時古典的Maxwell -Boltzmann statistics 統計分布已不再適用,我們必須使用量子統計分布才能正確描述此類物理系統。量子統計分布包括玻色-愛因斯坦統計(Bose-Einstein statistics)與費米-狄拉克統計(Fermi-Dirac statistics)。量子統計分布的種類取決於粒子的自旋角動量(spin angular momentum):以 \( \hbar\)(\(h / 2\pi \),h 為普朗克常數)為單位,自旋為整數的玻色子(boson)遵循玻色-愛因斯坦統計;自旋為半整數(half integer)的費米子遵循費米-狄拉克統計。當溫度冷至絕對零度時,玻色粒子(bosons)都佔據最低能量的能階,形成玻色愛因斯坦凝聚態(Bose-Einstein condensate,BEC),亦可稱為玻色凝聚態;而費米子(fermions)佔據的能階由最低能量態到費米能 \(E F\)(Fermi energy)(見圖一)。玻色凝聚的原子數一般為105 - 106 ,原子空間密度約為1014 cm−3,因此也稱之為量子氣體。玻色凝聚氣體於1995 年在實驗中實現,亦為2001 年諾貝爾物理獎。
物理專文
終點與起點:天文物理學家的夢想幻境
2022年7月12日,美國太空總署發布了韋伯太空望遠鏡的首批觀測影像,向世界宣告,韋伯望遠鏡正式開始它的科學任務了!
物理專文
紅外光宇宙大躍進:去吧!韋伯太空望遠鏡
“ trois, deux, unité, top ” ,美國時間2021年的聖誕節清晨,在任務指揮官 Jean-Luc Voyer 的倒數中,亞利安五號火箭順利點火升空,乘載著詹姆士・韋伯太空望遠鏡 (James Webb Space Telescope,簡稱JWST),開啟人類宇宙探索的新篇章。
物理專文
材料科學在第四代典範科學的發展
材料的發展應用流程,首先從實驗室發現新的材料開始,進入到研發、產品優化、認證、及量產製造,到最後透過行銷部屬於商業市場上,實際落地應用所需的時間相當長遠,統計結果顯示光從材料發現到研發過程至少5~10年,而實際到達商業部屬則至少15~20年不等,比一般藥物研發的平均12年還要久,而這也只是那些成功能被應用的少數材料的發展平均時程,實際在過程中更有無數被發展的材料是經過不斷的研究嘗試卻無法被落地應用的候選材料。隨著近年來科技的迅速發展,太空科技、6G通訊、電動車、能源系統、埃尺度世代半導體元件…等元件對於新材料的需求都將迫在眉睫。
物理專文
東加海嘯為何那樣?
當我收到東加火山劇烈噴發的簡訊後,身為海嘯學者的我,在當下其實並不擔心海嘯會傳到台灣,畢竟東加在南半球,比我曾經到訪的所羅門群島還要更南邊。東加那邊產生的火山型海嘯對台灣很難有影響,我當下甚至認為對日本和美國也不會有影響。
物理專文
人工智慧為應用科學帶來的改變
無所不在的人工智慧人工智慧(Artificial Intelligence)一詞在1956年於達特茅斯學院 (Dartmouth College)所舉行的研討會中1,由約翰・麥卡錫(John McCarthy)首次提出,在歷經了20世紀70、80年代兩次的寒冬,隨著計算機性能的提升以及研究者不懈的努力,迎來了新一波的浪潮,最為人所知的就是2016年3月由DeepMind發展的AlphaGo擊敗圍棋世界冠軍李世乭九段2–4。事實上人工智慧早已悄悄地走入我們的日常生活影響了我們的生活習慣,舉凡停車場車牌辨識、上班人臉辨識打卡,到手機行動助手甚至是串流影片即時翻譯等等,過去科幻小說中對於人工智慧的想像看似一步一步實現當中,但距離能表現人類所具備所有智能行為的通用人工智慧還是有一段距離,如何發展出通用人工智慧仍然是目前人工智慧研究的主要目標。本文僅就目前人工智慧為應用科學帶來的改變,進行介紹,希望以此拋磚引玉,啟發更多不同領域的研究人員嘗試利用此一工具解決研究上面臨的難題。
物理專文
重力波觀測中的深度學習問題淺談
本文將一瞥在傳統方法外,深度學習在重力波研究上的一些嘗試,並針對降躁應用的現在進行式進行簡略說明。
物理專文
當高能粒子撞上機器學習
對高能物理來說,機器學習其實是個很古早的點子。自1980年代開始,從事高能物理研究,尤其是進行粒子物理實驗的科學家而言,在研究工作裡使用機器學習的演算法是再自然不過的事。只是以前這樣的演算法多半被稱作「多變數分析」(multivariant analysis, MVA)。最受歡迎的演算法包括「促進式決策樹」(Boosted Decision Tree, BDT),或是「類神經網路」(Artificial Neural Network, ANN)等等。
物理專文
地震學的光世代與花蓮米崙斷層深鑽計畫
台灣位處年輕的弧陸碰撞造山帶,劇烈的板塊擠壓作用導致地下岩層的抬升與破裂,岩層的破裂錯動即產生我們所熟知的地震。地震的活動在時間與空間上都並非隨機無序的。在空間上,地震時常發生在地質構造相對脆弱的地方,例如常聽到的斷層構造(如車籠埔斷層)即是經年累月岩層破裂逐漸集中連接而成的斷層錯動面。在時間上,大地震發生後,會引發一連串後續的餘震活動,是由於斷層面錯動後的應力釋放及轉移與地下複雜構造連動的結果。例如才發生不久的2018年2月6日芮氏規模6.4的花蓮大地震,就是由未露地表的外海盲斷層構造(圖一左Fault 1)與陸上米崙斷層(圖一左Fault 2)連動觸發的結果,引發出一系列有感的地震活動,在主震的破裂過程中,由外海一路延伸至陸上米崙斷層,造成鄰近米崙斷層花蓮市內的統帥飯店及雲翠大樓傾倒等多處災情(圖一右)。要想深入了解地震活動時空上連動的成因與機制,盡可能完整的偵測和分析地震特性與時空分佈,了解其可能衝擊,測繪其致震的斷層構造是至關重要的。然而,地震學家又是如何知道與收集地震資料的呢?答案就是—地震儀(Seismograph
物理專文
2021諾貝爾物理獎:持續演變的氣候模式
這篇文章稍微回顧一下氣候模式的發展過程,知道一些歷史緣由,相信更能體會氣候模式的在科學上的成就。
物理專文
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